Correction Bac –Ministère – Ondes ultrasonores

A ) Ultrasons dans l’air :

Données numériques :

Valeur de la célérité des ultrasons dans l’air à 25°C : v_air = 340 m.s^-1

La fréquence f de l’émetteur est réglée à la valeur 40 kHz, on utilise cette source dans l’air à 25°C.

1) l = v_air . T = v_air / f = 340 / 40.10³ = 8,5.10^-3 m = 8,5 mm

2) retard t : t = d / v_air = 50.10^-2 / 340 = 1,5.10^-3 s = 1,5 ms

3) On peut utiliser un oscilloscope qui permet de visualiser les deux signaux et ainsi le retard t sur l'axe des temps. Un chronomètre ne peut mesurer correctement une durée aussi courte.

4) Le phénomène physique mis en évidence par cette expérience est la diffraction.

La largeur de la fente a effectivement une influence sur ce phénomène, plus elle est petite, plus le phénomène est marqué et plus l'angle d’observation du premier minimum est grand.

B ) Principe du sonar :

On utilise ici une tension sinusoïdale de fréquence f ' = 20 kHz pour alimenter l’émetteur, la longueur d’onde dans le milieu marin étant alors λ’ = 7,5 cm.

1) v_eau = l' / T ' = l' . f ' = 7,5.10^-2 x 20.10³ = 1,5.10³ m.s^-1

2) D'après la figure B1, T₁ = 1,0 s, T ' est la période du signal émis, T ' = 1 / f ' = 5,0.10^-5 s et T₂ = 0,010 s

3) a) d = v_eau . Dt = 2 D (aller-retour) Þ D = v_eau . Dt / 2 = 1,5.10³ x 0,10 / 2 = 75 m

b) L'onde ultrasonore est réfléchie par le fond (e₀) puis par le bateau, elle repart vers le fond où elle se réfléchie à nouveau, elle est détectée une deuxième fois (e₁) et ainsi de suite.

Les intervalles de temps sont réguliers car entre chaque aller-retour, le bateau se déplace très peu en 0,010s et ainsi la distance parcourue par l'onde sur un aller-retour est presque identique.

L'amplitude décroît car les réflexions successives ne sont pas totales, une partie de l'énergie de l'onde est absorbée à chaque fois , de plus l'onde s'amortit aussi au cours de sa propagation dans l'onde car l'énergie de la source se répartit sur une sphère de plus en plus grandes.